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文档简介
1、茂名职业技术学院毕业设计题目零件的数控铳加工工艺设计及编程加工系(部)专 业班 级机电信息计算机辅助设计与制造14-计辅姓 名林先旭指导教师曾智伟日 期 2016 年 05月08日毕业设计任务书机色信息系辅助设计与制造专业d14计辅班 学生 林先旭毕业设计工作自20 年月口起至一 20 年月口止一、毕业设计题目:零件的数控铳加工工艺设计及编程加工二、设计参数直径为20面铳刀; 直径为12的立铳刀; 直径为6的球头铳刀;直径为6中心钻和直径为14的钻头; 直径为12的铠刀铠孔。三、设计任务要求1. 装配图1张(用a1图纸计算机绘制)。2. 绘制两个工作零件图(计算机绘图,交三维图和二维工程图各1
2、张图纸)。3. 编制主要工作零件的加工工艺过程和数控加工编程。4. 编写8000字以上毕业设计说明书一份(a4幅面打印并装订成册)。四、设计进度要求月月月月刀月月月 年年年年年年年年月月月 月刀月月月 年年年年年年年年 至至至至至至至至 日日口 h日日日口日日口 h日日日口1 设计准备、总体方案设计。2 零件加工工艺分析。3. 零件加工工艺分析与设计过程。4. 数控加工工艺卡片。5. 程序设计。6. 试制加工、工艺评估。7. 编写设计说明书。8. 毕业设计答辩及总结。五、毕业设计达到的目标1培养并提高学生的绘图、熟悉设计手册和图册资料的使用、查阅文献等基本 技能;实验研究的能力;技术经济分析和
3、组织工作的能力;正确运用国家标准和 技术语言阐述理论和技术问题的能力。2培养调查、收集、加工各种信息的能力和获取新知识的能力。3培养创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。指导教师签名教研室主任(组长)签名 fl录摘要(1)前言(2)一、数控加工工艺的相关概念(3)二、加工过程(4)1 零件加工工艺性分析及总体加工工艺安排(4)1)零件图纸工艺分析(4)2)加工工艺路线设计(4)3)机床的选择(4)4)装夹方案及夹具选择(4)5)刀具选择(4)6)切削用量的选择(5)7)填写数控加工工序卡和刀具卡(6)2. 零件加工工艺过程分析与设计(9)1)图纸分析(9)2)检查图纸的完整性与正确
4、性(9)3)零件的结构工艺性分析(9)4)零件毛坯的工艺分析(10)5)拟定数控铳削加工工艺路线(10)3. 刀具设备的的选用、装夹方案及工艺参数的确定、数控加工工艺卡片(11)1)数控铳削机床选择(11)2)找正装夹及夹具选择(11)3)刀具的选择(11)三、数控编程(13)1. mastercani 绘图 (13)2. 主要程序(16)四、体会(18)五、致谢(19)六、参考文献(20)项目计算过程及说明结果摘要近几年来,机械加工业大量采用数控机床取代传统的普通机床进行机械加 工,普通机械逐渐被数控机械所代替。数控机床综合了微电子、计算机、信息 处理、自动检测、自动控制、电机与拖动,电子和
5、电力、精密测量、气液压及 现代机械制造技术等多种先进技术的机电一体化产品,是数控机床的心脏。具 有高精度,高效率,柔性自动化等特点决定了今后发展数控机床是我国机械制 造业技术改造的必由之路,是工厂自动化的基础。数控机床在各个机械制造业 已成为大、中型企业的主要技术装备。数控技术是用数字信息対机械运动和工 作过程进行控制的技术;是制造业实现自动的化、柔性化、集成化生产的基础; 是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段;是国防现代化的重要 战略物质;是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。 当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态 多变市场的
6、适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术 已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家战略物资,不仅 采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,而且在“高精尖”数控关键技 术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。项目计算过程及说明结果前吕课题研究的零件设计到了铳削面、铳削轮廓、挖槽、钻孔等需要多道工序 才能完成,全面复习和巩固数控铳削加工基本知识,并运用所学知识解决实际 设计问题、提高分析问题、解决问题的能力。常握各种手册、文献资料在设计 中的运用方法。本课题针对零件总体的工艺设计、主要工序的数控加
7、工工艺设计及实际的 加工训练,全面了解了壳体类零件的加工要求和总体生产过程、质量的控制及 保证措施。关键词:零件设计、工艺分析、工艺过程项目计算过程及说明结果第一章、数控加工工艺的相关基本概念1. 机床参数:包括主轴转速、接近速度、进给速度和退刀速度。2. 干涉:切削被加工表而时,如刀具切到不应该切的部分,称为出现干涉或过 切。3. 刀具轨迹和刀位点:刀具轨迹是系统按给定工艺要求生成的对给定加工图形 进行切削吋刀具进行的路线。系统图以图形方式显示。刀具轨迹有一系列有序 的刀位点和连接这些刀位点的直线(直线插补)或圆弧(圆弧插补)组成。4. 加工余量:车削加工是一个去除余量的过程,即从毛坯开始逐
8、步除去多余的 材料,以得到需要的零件。这种过程往往由粗加工和精加工构成,必要时还需 进行半精加工,即需要经过多道工序的加工。在前一道工序中,往往要给下一 道工序留下一定的余量。5. 加工误差:刀具轨迹和实际加工模型的偏差即加工误差。在实际加工中,通 常会选择工件坐标系作为数控程序原点。工件坐标系的合理确定,对数控编程 及加工时的找正都很重要。为提高零件加工精度,程序原点应尽量选在零件的 设计基准和工艺基准上,如以孔定位的工件,以孔的中心为程序原点就比较合 适。程序原点也可以选在两条垂直平面的交线上,这样不论是用铳刀还是测头 都可以很容易的找到交线的位置。数控加工工艺的特点1)数控加工工艺内容要
9、求十分具体、详细2)数控加工工艺设计要求严密、精确3)制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算4)要考虑进给速度対零件形状精度的影响5)强调刀具选择的重要性6)数控加工工艺的加工工序相对集屮项目计算过程及说明结果第二章、加工过程1.零件加工工艺性分析及总体加工工艺安排1)零件图纸工艺分析零件图纸工艺分析包括审查图纸、分析零件结构工艺性、吃寸精度、形位 精度和表面粗糙度等零件图纸技术耍求。该案例零件图纸的尺寸标注完整、正 确,符合加工要求加工部位清楚明确。该加工材料45钢,为结构对称的实心材 料。加工内容有轮廓铳削、挖槽加工、钻孔、圆弧等; 加工内容设计随广但并不复杂,是典
10、型的适合数控铳削类加工的盒体零件。该 零件要求最高的粗糙度ra为1.6帥,要求较高;直径为45mm的凹槽垂直度为 0.02mm,要求稍高;最高允许差为±0. 1mm。2)加工工艺路线设计加工工艺路线包括选择加工方法、划分加工阶段、划分工序、加工顺序的 安排和确定进给加工路线等。根据该案例零件图纸的要求对厚度为1. 57的薄壁 和直径为45mm的凹槽应该选择半精加工 精加工的加工方法,另外加工时 为了不损坏薄壁而达到更高的精度,加工深度为8mm和10mm的凹槽时应留足够 的精加工余量。根据加工方法该零件的加工工序划分按粗、半精、精加工分序 法划分。加工顺序按先粗后精的的原则确定。3)机
11、床的选择不同的零件要选用不同的机床加工,比如:回转体零件适合在数控车床上 进行加工,盘类零件、箱体零件应选用数控铳床或加工中心。该案例零件加工 需要多把到来进行加工,为了提高效率、节省时间再加上现阶段学校的实训设 备有限,我们应该选用发那科数控加工中心。4)装夹方案及夹具选择装夹方案及夹具选择我们要根据加工零件的规格、大小、结构特点、加工 部位、尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等零件图纸技术要求,确定零件的定 位、装夹方案及夹具。该案例零件前后左右结构对称,高度方向尺寸以下平面 及相互垂直的两侧面作为定位基准定位。再根据数控铳削零件常用的找正装夹 方法进行装夹加工。该案例零件只是单批生产,且加工
12、工件的宽度尺寸自己有 160mm,在平口台虎钳的夹持范围之内,所以可以选用平口台虎钳找正虎钳后进 行工件装夹加工。5)刀具选择刀具选择主要根据加工零件余量的大小、结构特点、材质、热处理硬度、 加工部位、尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等零件图纸技术要求,结合刀具 材料正确合理地选择刀具。该案例零件加工部位有外轮廓、挖槽加工、钻空、 圆弧等,立铳刀(硬质合金)可以加工深度为10nun/20 mm的槽,槽底的精度ra 为3. 2pm容易达到;厚度为1. 57mm的薄壁精度和孔内精度ra为1. 6刚要求较高 难以保证,需要粗加工留有足够的加工余量的同时要一半精加工一精加工;直 径为45的圆槽垂直度为0
13、. 02mm要求稍高最后还需半精加工一精加工即可。其 他的部位只需粗加工一半精加工一精加工,不会存在铳削平面接力痕迹问题,零件图纸耍求的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度也容易保证。6) 切削用量的选择切削用量选择主要根据加工零件余量大小、材质、热处理硬度、尺寸精度、 形位精度和表面粗糙度等零件图纸技术要求,结合所选刀具和拟定的加工工艺 路线,正确合理地选择切削用量。数控铳削的切削用量包括切削速度vc(计算 主轴转速n)、进给速度f、背吃刀量或侧吃刀量。根据上述加工工艺路线设计,该案例零件部分加工需要半精加工才可精加 工,为了保证加工薄壁的精度ra为1.6pm,直径为45的圆槽垂直度为0.02mm
14、, 加工该零件粗铳吋背吃刀量取2mm,半精铳吋背吃刀量取1.1mm,精铳时背吃 刀量取0.1mm。粗铳时切削速度vc选65m/min,每齿进给量/z选0.2mm/z;半精 铳时切削速度vc选70m/min,每齿进给量/z选0.2mm/z;精铳时切削速度vc选 85m/min,每齿进给量/z选0.06mm/z。主轴转速n和进给速度f按有关公式计 算得出,详情看数控加工工序卡。有关公式f=/zznn= 1000vc/(3.14xd)(主轴转速)铳削加工的切削速度参考值工件材料硬度(hbs)vc (m/min)高速钢铳刀硬质合金铳刀钢< 22518-4266-150225-32512-3654
15、-120325-4256-2136-75铸 铁< 19021-3666-150190-2609-1845-90260-3204. 5-1021-307)填写数控加工工序卡及刀具卡单位 名称茂名职业 技术学院产品名称零件名称零件图号工序号程序编号夹具名称加工设备车间00001平口台虎钳加工中心工步号工步 内容刀 具 号刀具规 格(mm)主轴 转速 (r/min)进给 速度 (mm/min)检 测 工 具备 注1粗铳毛坯表面t01面铳刀0204501502精铳毛坯表面t01面铳刀206001203粗铳两角平台留有0.1mm的余量t02立铳刀0123501204精铳两角平台t02立铳刀1250
16、0805采用环切法粗铳深度 为10的凹槽(包扌舌凸 台)单边留1.5mmt02立铳刀0122871146采用环切法半精铳铳 深度为10的凹槽(包 括凸台)单边留0mmt02立铳刀0125001007采用环切法精铳铳深 度为10的凹槽(包括 凸台)至尺寸t02立铳刀12800908粗铳深度为 8mm/20mm内型腔,单边留1.5mmt02立铳刀0123001309半精铳铳深度为8mm/20mm内型腔,单 边留0.1mmt02立铳刀1250011010精铳深度为8mm/20mm内型腔,至尺寸t02立铳刀01270010011粗精铳半径为3/8的倒 圆t03球头铳刀64508012中心钻点孔t04中
17、心钻0650010013钻孔至图纸深度t05钻头0143008014对孔进行半精镇单边 留 0.1 mmt06镇刀123009015对孔进行精镇至尺寸t06镇刀4)1245060制 表审 核批 准年月 日共页第页16aj3d项目计算过程及说明结果课题零件数控加工刀具卡产品名称及 代号零件凹模名称零件 图号序号刀具号刀具加工表面备注规格名称数量刀长1t0120mm硬质合金面铳 刀1实测毛坯2t0212mm硬质合金立铳刀1实测挖槽、两角平 台、内型腔3t036mm硬质合金球头 铳刀1实测倒角4t046mm硬质合金中心 钻1实测点孔5t05014mm硬质合金钻 头1实测钻孔6t0612mm硬质合金锤
18、 刀1实测精镇孔编制审核批准年 月日共页第页计算过程及说明2.零件加工工艺过程分析与设计1)图纸分析数控铳削零件图纸工艺分析包括分析零件图纸技术要求、检查零件图的完 整和正确性、零件的结构工艺性分析和零件毛坯的工艺性分析。1分析零件图纸技术要求 分析零件图纸的技术要求考虑的如下:(1)各加工表面的尺寸精度要求。(2)各加工表面的儿何精度要求。(3)各加工表面之间相互位置精度要求。(4)各加工表面粗糙度要求以及表面质量方面的其他要求。(5)热处理要求及其他要求。该加工案例总体来看图纸技术要求也不算是很高。只是部分有点困难比如:加 工一个厚度为1.57的薄壁精度ra为1.6pm;加工的三个孔的精度
19、ra为1.6pm; 045的内型腔凹槽垂直度为0.02mm。其他尺寸包括精度要求不是很困难一般 情况下都能达到。2)检查零件图的完整性和正确性因为数控铳削加工程序是以准确的坐标点来编制的,所以该图形儿何要素 的相互关系(如相切、相交、垂直、平行、和同心等)都明确;各种儿何要素 多的条件充分,没有引起矛盾的多余尺寸或彫响工序安排的封闭尺寸;尺寸、 公差和技术要求都标注齐全。3)零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行 性和经济性。良好的结构工艺性可以使零件加工容易,节省材料和工时,而较 差的零件结构工艺性会使加工困难,浪费工吋和材料,有吋甚至无法加工。
20、 1 .零件图纸上的尺寸标注应方便编程该课题零件是以个单向对称的零件,并且尺寸标注明确完成c也没有大量 计算的尺寸只要认证分析图纸明确图纸的标注尺寸编程就很方便。2. 分析零件的变形情况,保证获得要求的加工精度该课题零件有一个厚度为1.57mm的薄壁厚度小于3mm,在加工工艺很重 视这一问题。解决的唯一方法就是我们应该充分利用数控机床的循环功能,加 工到一定厚度后减少每次进给的切削速度和切削深度,从而减小切削力,控制 零件在加工过程屮的的变形。其他的加工部位不是很难,精度要求也不是过高 基本都能达到图纸的技术要求。3. 尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸在一个零件上,凹圆弧半径在数值上一致性的问
21、题对数控铳削的工艺性显 得非常重要。零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型或尺寸,这样可以减 少换到次数,使编程方便,有利于提高生产效率。一般来说,即使不能寻求完全 统一,也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢,达到局部统一,以尽量减少 铳刀规格和换刀次数,并避免因频繁换刀而增加了零件加工面上的接刀阶差, 降低表面的质量。零件结构工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转角圆弧半径 的大小等因素有关。转角圆弧的半径与刀具半径有关,所以我们加工加工过程 屮在加工允许的条件下选用直径较大的刀具完成所有挖槽等。这样加工出的槽 时进给次数也相应减小、加工效率高且加工表面质量也较好,因此工艺性也会 较好。4)零件
22、毛坯的工艺分析零件毛坯材质是经过处理的45钢具有较高的硬度,适合切削加工。该课题 零件除了处理毛坯至图纸尺寸外,其他的加工部位一次装夹可完成整个零件的 加工。5)拟定数控铳削加工工艺路线拟定数控铳削加工工艺路线的主耍内容包括:选择各加工表面的加工方法、 划分加工阶段、划分加工工序、确定加工顺序(工序顺序安排)和进给加工路 线(又称走到路线)确定等。1. 加工方法的确定对于该课题零件的数控铳削加工,能保证零件的加工精度和表面粗糙度要 求;使走刀路线最短,这样既可简化编程程序段,又可减少刀具空行程时间, 提高加工效率;应使节点数值计算简单,程序数量少,以减少编程工作量。可 以根据零件的加工精度、表
23、面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定 零件表面的数控铳削加工方法及加工方案。该课题零件挖槽、铳平面选择粗加 工一半精加工一精加工的加工方法;倒角用球头铳刀精铳;加工孔时,先用中 心钻点孔然后用直径为14钻头加工最后用锂刀半精铿一精锤完成零件的加 工。2. 划分加工阶段该零件粗加工是切除毛坏上个加工表面的大部分多余的金属,是毛坯的在 形状和尺寸上接近成品零件。半精加工是为了工件表面达到一定的精度为下一 步的精加工做准备,并可完成镇孔。精加工为了保证各表面的尺寸达到图纸规 定的精度和粗糙度值。根据该课题零件图纸的技术要求整个加工过程:深度为 10mm和8mm的槽、分粗加工一半精加工一精加工
24、三个阶段进行加工;直径为 45的槽分粗加工一半精加工一精加工=个阶进行加工;两角平台可直接用半精 加工一精加工两个阶段即可;孔的加工为了保证精度先用直径为14mm的钻头 加工,然后用直径为12mm的镯刀精锂。3. 加工工序的划分根据上述加工方法,该课题零件挖槽加工时用先粗后精的工序法划分。4. 加工顺序该课题零件有槽加工、面加工、孔加工再根据工序的划分该课题零件的加 工顺序先粗后精、先面后孔的原则确定。5. 进给路线的确定加工该课题零件时主要是以挖槽为主,很多下刀都要从工件表面直接下刀, 并且机床进给机构还有一定的1'可隙所以选用逆铳。因为逆铳吋,刀齿是从已加 工表面切入的,不会崩刀,
25、机床的进给机构的间隙不会引起振动和爬行等。6.切削用量的选择根据上述加工工艺路线设计,该案例零件部分加工需要半精加工才可精加 工,为了保证加工薄壁的精度ra为1.6pm,直径为45的圆槽垂直度为0.02mm, 加工该零件粗铳吋背吃刀量取2mm,半精铳吋背吃刀量取1.1mm,精铳时背吃 刀量取0mmo粗铳时切削速度vc选65m/min,每齿进给量/z选0.2mm/z;半精铳时切削速度vc选70m/min,每齿 进给量/z选0.2mm/z;精铳时切削速度vc选85m/min,每齿进给量/z选 0.06mm/zo主轴转速n和进给速度f按有关公式计算得出,详情看数控加工工 序卡。3刀具设备的的选用、装
26、夹方案及工艺参数的确定、数控加工工艺卡 片1)数控铳削机床选择数控铳削机床是主要采用铳削方式加工工件的数控机床床。典型的数控铳 削机床有数控铳床和加工中心两种,由于加工中心增加了刀库和自动换到装置, 主耍用于自动换刀对箱体类等复杂零件进行多工序铉铳综合加工,所以数控铳 削机床一般是指数控铳床。数控铳床除了能够进行外形伦廓铳削、平面型腔铳 削及三维复杂型面的铳削(如凸轮、模具、叶片、螺旋桨等复杂的零件的铳削 加工)夕卜,还具有孔加工功能。它通过人工手动换刀,也可以进行一系列孔的 加工,如钻孔、扩孔、较孔、锤孔和攻螺纹等。在数控铳床加工精度满足零件 图纸技术要求的前提下,选择数控铳床的最主要技术参
27、数是其多个数控轴的行 程范1韦1,数控铳床的三个基本直线坐标(x、y、z)行程反映该机床允许的加 工空间。一般情况下,加工工件的轮廓尺寸应在机床的加工空间范围之内,如 典型工件是450mmx450mmx450mm的铳削零件,应选用工作台面尺寸为 500mmx500mm的数控铳床。选用工作比典型的工件稍大一些是出于安装夹具 的考虑,工作台的大小基本上确定了加工空间的大小,个别情况下允许工件尺 寸大于坐标行程,但这时必须要求零件上的加工区域处在行程范围z内,而且 要考虑机床工作台的允许承载能力,以及工件是否与机床防护罩等附件发生干 涉等系列问题。对于我们所加工的零件只有160mmxi80mmx30
28、mm对工作台 的要求不是很高,一般的数控铳床都可以加工,但是限于学校的实训设备有限我 们选择数控加工中心。2)找正装夹及夹具选择1. 找正装夹方案该零件是一个形状规则的零件我们只是单件生产且工件的体积也不是很 大,容易加工、装夹。加工该零件时:对毛坯进行修正除去大量的料选择易 加工面进行单边铳削-翻转装夹运用百分表直接在己加工面找正铳削找正后 的而加工出了相互垂直的两基准而依次完成零件加工。2. 夹具选择该零件只是单件生产且零件形状是长方体易于装夹,加工吋最低深度只有 10mm只需要待加工面暴露一半,一次安装可以完成整个零件的加工且不需调 整安装方位与机床坐标系及编程坐标系方向一致。可选用通用
29、夹具或螺栓压板 组合夹具,但是为了装卸方便、加紧可靠、满足数控铳削加工精度,要求夹具 定位、夹紧精度高和设备的有限性应该选用通用夹具。(平口台虎钳)3)刀具的选择1.数控铳削刀具的基本要求1)铳刀刚性要好铳刀刚性好的目的:一是为提高生产效率而采用大切削量的需要;二是为 适应数控铳床加工过程中难以调整切削用量的特点。2)铳刀的耐用度要高尤其是当一把铳刀加工的内容很多时,如果刀具不耐用而磨损较快,就会 影响工件的表面质量与加工精度,而且会增加换刀的引起的调刀与对到次数, 也会是加工表面留下因对刀误差而形成的接刀痕迹,降低工件的表面质量。加工该零件加工需要选用6把刀来进行加工。结合我们所选材料吋45
30、钢也不是特硬,选用硬质合金材料的刀具,选用刀具有:直径为20mm的面铳刀对 毛坯进行修正160mmx 180mmx30mm铳削两角平台;直径为12mm的立铳 刀对可加工部位(包括内型腔)挖槽铳削、粗加工、半精加工、精加工;直径 为6mm的球头铳刀倒角、直径为6mm的中心钻点孔;直径为14的钻头钻孔; 直径为12的锂刀锂孔。数控加工工艺卡片工序号工序 内容刀具号刀具 名称主轴转 速(r/min)进给速度(mm/min)背吃 刀量 /mm机床夹具1整理毛坯 至尺寸t01020 面铳 刀600200加工 屮心平口 台虎钳2粗、精铳 整个型腔t02012 立铳 刀700150加工 屮心平口 台虎 钳3
31、倒角t0304球 头刀800200加工 中心平口 台虎 钳4点孔t04屮心 钻500200加工 '11心平口 台虎钳5钻孔t0514 钻头600150加工 中心平口 台虎 钳6镇孔至尺 寸t06012 镇刀700150加工 中心平口 台虎钳第三章、数控编程1. mastercam 绘图40.822(1 mm sx>w:not saved wcs:top cplane:top项目计算过程及说明结果 fipwmwtvr. sooiil-cobaittfeb!内看球尋! hgtercabg:2224t.icx旦叵叹件 eatks vws 妙折浜体眄类si b且路& s5s rs
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